基于量子比特的波形校准方法和波形校准装置

本发明涉及量子计算，更具体地，涉及一种基于量子比特的波形校准方法和波形校准装置。

背景技术：

1、通用量子计算由于其潜在的强大计算能力备受关注，而要实现通用量子计算，高保真度的量子门是必不可少的。在超导量子计算中，量子比特与量子耦合器在实现比特频率调节、耦合强度调节或执行两比特纠缠门时，通常需要在z线施加正负极性翻转次数较少，甚至始终是单极性的微波脉冲。而波形在从产生到抵达量子比特的过程中可能会由于线路传输特性而出现波形失真，对于此类脉冲，波形失真会导致在波形结束后的一段时间内，线路中仍然保有残余电压。由此引入的控制误差，将限制量子门的保真度。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明实施例提供了一种基于量子比特的波形校准方法、波形校准装置、电子设备、计算机可读存储介质、计算机程序产品。

2、本发明实施例的一个方面提供了一种基于量子比特的波形校准方法，包括：

3、基于已标定的预设量子比特和初始参考微波信号，生成目标参考信号；

4、基于预设扫描量对上述目标参考信号进行相位测量，得到预设时间内的相位积累数据；

5、对上述相位积累数据进行拟合处理，得到目标拟合函数，其中，上述目标拟合函数包括多个拟合系数；

6、基于目标关系系数，对上述相位积累数据和上述拟合系数进行转换处理，得到目标波形校准函数；

7、利用上述目标波形校准函数处理输入波形，得到经校准的输出波形。

8、根据本发明的实施例，对上述相位积累数据进行拟合处理，得到目标拟合函数，包括：

9、对上述相位积累数据进行多指数拟合处理，得到多个初始拟合函数，其中，不同上述初始拟合函数的指数项数量不同；

10、基于预设筛选规则，从多个上述初始拟合函数中确定上述目标拟合函数。

11、根据本发明的实施例，基于预设筛选规则，从多个上述初始拟合函数中确定上述目标拟合函数，包括：

12、针对每个上述初始拟合函数，根据上述初始拟合函数和上述相位积累数据，生成拟合误差；

13、根据多个上述拟合误差从多个上述初始拟合函数中确定上述目标拟合函数。

14、根据本发明的实施例，根据多个上述拟合误差从多个上述初始拟合函数中确定上述目标拟合函数，包括：

15、将多个上述拟合误差中误差值最小的拟合误差确定为目标拟合误差；

16、将与上述目标拟合误差对应的初始拟合函数确定为上述目标拟合函数；

17、其中，上述波形校准方法还包括：

18、在上述目标拟合误差大于预设误差阈值的情况下，重新对上述相位积累数据进行拟合处理，得到新的初始拟合函数，以从上述新的初始拟合函数中确定上述目标拟合函数。

19、根据本发明的实施例，上述目标拟合函数如下所示：

20、

21、其中， 为相位积累数值，n为指数项数量，t为预设扫描量，、均为拟合系数。

22、根据本发明的实施例，基于目标关系系数，对上述相位积累数据和上述拟合系数进行转换处理，得到目标波形校准函数，包括：

23、基于上述目标关系系数对上述相位积累数据进行数学转换，得到电压时间函数，其中，上述电压时间函数表征总残余电压随时间变化的关系，上述目标关系系数表征相位积累与偏置电压之间的关系；

24、根据上述电压时间函数和多个上述拟合系数，生成上述目标波形校准函数。

25、根据本发明的实施例，根据上述电压时间函数和多个上述拟合系数，生成上述目标波形校准函数，包括：

26、根据上述目标关系系数、多个上述拟合系数和目标时间差，生成多个指数衰减系数，其中，上述电压时间函数包括上述目标关系系数，上述目标时间差表征上述目标参考信号中上升沿与下降沿之间的时间差；

27、根据多个上述指数衰减系数和采样时间间隔，生成多个校准系数，其中，上述采样时间间隔是根据生成上述输出波形的设备采样率确定的；

28、基于多个上述校准系数构建上述目标波形校准函数。

29、根据本发明的实施例，电压时间函数如第一个公式所示，目标关系系数k如第二个公式所示，上述指数衰减系数、如第三个公式所示，上述校准系数、如第四个公式所示：

30、

31、

32、

33、

34、其中，为总残余电压，t为预设扫描量，、均为拟合系数，n为指数项数量，为预设时间，为目标参考信号的频率变化量， 为偏置电压， 为采样时间间隔。

35、根据本发明的实施例，上述目标波形校准函数如下所示：

36、

37、其中， 为输出波形， 为输入波形， 为采样时间间隔，、为校准系数，n为指数项数量。

38、本发明实施例的另一个方面提供了一种基于量子比特的波形校准装置，包括：

39、生成模块，用于基于已标定的预设量子比特和初始参考微波信号，生成目标参考信号；

40、测量模块，用于基于预设扫描量对上述目标参考信号进行相位测量，得到预设时间内的相位积累数据；

41、拟合模块，用于对上述相位积累数据进行拟合处理，得到目标拟合函数，其中，上述目标拟合函数包括多个拟合系数；

42、转换模块，用于基于目标关系系数，对上述相位积累数据和上述拟合系数进行转换处理，得到目标波形校准函数；

43、处理模块，用于利用上述目标波形校准函数处理输入波形，得到经校准的输出波形。

44、本发明实施例的另一个方面提供了一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储器，用于存储一个或多个程序，其中，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现如上所述的方法。

45、本发明实施例的另一个方面提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令，所述指令在被执行时用于实现如上所述的方法。

46、本发明实施例的另一个方面提供了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机可执行指令，所述指令在被执行时用于实现如上所述的方法。

47、根据本发明的实施例，通过利用基于预设量子比特得到的目标参考信号进行相位积累的测量，对相位积累数据进行多指数拟合处理所得到的拟合系数，再基于目标关系系数对相位积累数据进行数学转换，并结合拟合系数，从而能够构建目标波形校准函数，利用该目标波形校准函数即可对任意输入波形进行校准，从而降低了量子线路中波形的保真度，并降低了校准的计算成本。

技术特征：

1.一种基于量子比特的波形校准方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述相位积累数据进行拟合处理，得到目标拟合函数，包括：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，基于预设筛选规则，从多个所述初始拟合函数中确定所述目标拟合函数，包括：

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据多个所述拟合误差从多个所述初始拟合函数中确定所述目标拟合函数，包括：

5.根据权利要求1~4中任一项所述的方法，其特征在于，所述目标拟合函数如公式（1）所示：

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于目标关系系数，对所述相位积累数据和所述拟合系数进行转换处理，得到目标波形校准函数，包括：

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，根据所述电压时间函数和多个所述拟合系数，生成所述目标波形校准函数，包括：

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，电压时间函数如公式（2）所示，目标关系系数k如公式（3）所示，所述指数衰减系数、如公式（4）所示，所述校准系数、如公式（5）所示：

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标波形校准函数如公式（6）所示：

10.一种基于量子比特的波形校准装置，其特征在于，包括：

技术总结本公开提供了一种基于量子比特的波形校准方法和波形校准装置。该方法包括基于已标定的预设量子比特和初始参考微波信号，生成目标参考信号；基于预设扫描量对目标参考信号进行相位测量，得到预设时间内的相位积累数据；对相位积累数据进行多指数拟合处理，得到目标拟合函数，其中，目标拟合函数包括多个拟合系数；基于目标时间差，对相位积累数据和拟合系数进行转换处理，得到目标波形校准函数；利用目标波形校准函数处理输入波形，得到经校准的输出波形。技术研发人员：周乃斌,李少炜,付元豪,牛乐,陈厦微,朱晓波,彭承志,潘建伟受保护的技术使用者：中国科学技术大学技术研发日：技术公布日：2024/7/25